Coque Metalúrgico

Indústria siderúrgica
O coque metílico desempenha um papel indispensável na indústria siderúrgica, onde é usado no processo de alto-forno para produzir ferro e aço. Durante esse processo, o coque metílico serve como um agente redutor e uma fonte de energia. Ao reagir com o minério de ferro, ele reduz os óxidos de ferro, liberando ferro fundido e produzindo gás dióxido de carbono. Esse processo de redução é vital para obter ferro bruto, que depois passa por um refino adicional para produzir aço. A qualidade e as propriedades do coque metílico influenciam significativamente a eficiência, a produtividade e o custo geral da produção de aço.

Além do Aço - Metais Não Ferrosos e Processos de Fundição
O coque metálico encontra aplicações além do setor siderúrgico na produção de metais não ferrosos como alumínio, titânio e silício. Em processos de fundição, como fundição de alumínio, o coque metálico serve como um agente redutor para converter óxidos metálicos em suas formas elementares. Isso garante a extração de metais puros de seus minérios, facilitando a fabricação de vários produtos de metais não ferrosos. Suas capacidades excepcionais de redução e estabilidade em ambientes de alta temperatura fazem do coque metálico uma escolha preferida nesses processos críticos.

Indústria de Fundição e Processos de Fundição
Na indústria de fundição, o coque Met é amplamente utilizado em processos de fundição. Sua distribuição uniforme de calor garante a fusão consistente de metais, promovendo a produção de peças fundidas de alta qualidade. Além disso, a capacidade do coque Met de reduzir impurezas no metal fundido aumenta a precisão da fundição e reduz a probabilidade de defeitos. As fundições contam com o coque Met por sua confiabilidade e pelo excelente acabamento superficial que ele confere aos produtos finais.

Indústria química
Um agente redutor versátil: O coque metílico desempenha um papel crucial na indústria química como um potente agente redutor. Ele encontra aplicação em várias reações químicas, especialmente na síntese de produtos químicos como carboneto de cálcio e cianamida cálcica. Sua capacidade de doar elétrons durante transformações químicas é essencial nessas reações, levando à produção de compostos orgânicos essenciais.

O coque metalúrgico é um sólido preto prateado, fissurado e poroso, e é uma parte importante do processo de fabricação de ferro, pois fornece o carbono (C) e o calor necessários para reduzir quimicamente a carga de ferro no alto-forno (BF) para produzir metal quente (HM). É um material C poroso com alta resistência produzido pela carbonização de carvões de classificação específica ou de misturas de carvão a temperaturas em torno de 1100 graus C em fornos de coque. É composto de matéria orgânica e inorgânica. C é o principal componente da parte orgânica. Pequenas quantidades de enxofre (S), nitrogênio (N2), hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) também ocorrem na parte orgânica. A matéria inorgânica no coque é chamada de cinza de coque (matéria mineral) e é tipicamente em torno de 12% em base seca. Tanto os componentes orgânicos quanto os inorgânicos influenciam a reatividade do coque. Portanto, a caracterização do coque é um aspecto importante para entender a qualidade do coque formado.

O entendimento básico da qualidade do coque é uma tarefa importante, pois determina os comportamentos de alta temperatura e gaseificação do coque no alto-forno (BF). À medida que o coque se move em direção às zonas mais baixas do BF, ele se degrada e gera finos, o que afeta a permeabilidade do leito e a eficiência do processo. Portanto, a qualidade superior do coque é crítica para uma operação de BF estável e eficiente.

A qualidade do coque é influenciada por muitos fatores, como a classificação, a composição maceral (levando a estruturas de coque isotrópicas ou anisotrópicas), a composição das cinzas e a fluidez dos carvões iniciais, as condições de carbonização, incluindo temperatura de pico, taxa de aquecimento, tamanho de partícula, pressão e densidade aparente, bem como as condições de tratamento térmico.

As propriedades importantes do coque, incluindo resistência mecânica e reatividade, são governadas pelo arranjo dos átomos de C constituintes. As principais características do arranjo atômico são o alinhamento e o tamanho dos cristalitos de C. O tamanho dos componentes texturais é considerado indicativo de sua reatividade química.

Microscopicamente, o coque consiste em uma matriz sólida, inclusões orgânicas e inorgânicas na matriz, poros e microfissuras. Os processos de desenvolvimento da estrutura porosa e da microtextura do coque ocorrem essencialmente dentro da faixa plástica. A estrutura formada no coque pelas bolhas de gás ocupa quase metade do seu volume e influencia duas propriedades do coque, a resistência mecânica e a densidade aparente. O material sólido que forma as paredes dos poros consiste em entidades opticamente anisotrópicas que são geralmente observadas usando microscopia de luz polarizada (PLM). A microtextura do coque influencia as propriedades do coque que são essenciais para seu uso no BF.

Desenvolvimento da estrutura dos poros
A estrutura dos poros do coque é amplamente determinada dentro da faixa de temperatura plástica do processo de carbonização. Durante a carbonização, inicialmente os poros aparecem em partículas grandes a uma temperatura próxima ao ponto de amolecimento, enquanto as partículas de tamanho médio se tornam porosas em temperaturas mais altas. Nenhuma formação de poros é normalmente detectada em qualquer temperatura dentro de partículas < 125 mícrons de tamanho. Um aumento na temperatura induz um aumento tanto no número quanto no tamanho dos poros, e mais partículas são observadas com poros com as partículas maiores se tornando multiporosas. Com o aumento da temperatura, as partículas se tornam mais arredondadas e incham nos vazios interparticulados. A estrutura dos poros do coque metalúrgico pode variar muito em uma ampla faixa. Dentro de um determinado coque e entre um coque e outro, os poros individuais podem variar tanto em tamanho quanto em forma. Uma classificação de poros com base em sua largura média foi proposta em 1967 e posteriormente adotada pela IUPAC em 1972. De acordo com essa classificação, existem três tipos de poros, a saber: (i) microporos (menores que 2 nm), (ii) mesoporos (menores que 2 nm a menores que 50 nm) e macroporos (maiores que 50 nm). A faixa de tamanho de microporos foi subdividida em ultramicroporos muito estreitos (menores que 0,5 nm) e supermicroporos (maiores que 1 nm a menores que 2 nm). No entanto, a estrutura do coque é dominada por poros grandes (maiores que 2 nm), a saber, mesoporos, e o restante parece relativamente denso e menor que 0,5 nm a 1 nm. Maior área de superfície de microporos do coque está frequentemente relacionada a maior teor de C anisotrópico.

Cinzas de coca
Cinzas de coque são a matéria mineral presente no coque. O coque metalúrgico normalmente contém cerca de 8% a 12% de fases minerais. A proporção de minerais individuais presentes no coque pode variar de coque para coque, dependendo da mineralogia dos carvões originais, bem como das condições do processo empregadas para a carbonização. Durante a carbonização, alguns minerais se decompõem e alguns passam por uma série de reações complexas, todas as quais contribuem para a formação de novos minerais cristalinos, bem como fases amorfas. A análise de difração de raios X é normalmente usada para identificar e quantificar as fases minerais presentes no coque metalúrgico. Para a análise de difração de raios X, uma amostra da matéria mineral do coque é preparada por 'cinzas de plasma de radiofrequência de baixa temperatura' (LTA), pois essa técnica resulta em alteração mínima da matéria mineral. A maior parte da matéria mineral presente no coque foi encontrada como uma fase amorfa (maior que 50% em amostras de LTA). Argilas parcialmente decompostas e outros materiais que se tornam sem estrutura ao serem aquecidos devido à remoção de água constitucional ou outros voláteis são responsáveis ​​pela formação de material aluminossilicato amorfo. Com exceção de alguns artefatos ou minerais hidratados, como bassanita, coquimbita e jarosita, a principal matéria mineral em fases cristalinas identificadas no coque metalúrgico são quartzo, mulita, fluorapatita e pirrotita. Ferro metálico (Fe), brookita, anatase, rutilo, cristobalita, óxidos de ferro (Fe3O4, Fe2O3 e FeO), akermanita e oldhamita são minerais comuns presentes no coque.

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